硅光子学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:余金中

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:2011-3

价格:98.00元

装帧:

isbn号码:9787030304797

丛书系列:半导体科学与技术丛书

图书标签:

• 科学
• 硅光子
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《新材料与结构设计前沿：从微观到宏观的尺度调控》 本书聚焦于当代材料科学与工程领域最前沿的研究热点，深入剖析了如何通过精密的结构设计，实现对材料宏观性能的革命性调控。全书以跨学科的视角，系统梳理了从纳米尺度构筑到复杂工程应用的全链条技术路径，旨在为材料学家、结构工程师以及致力于高性能系统开发的研发人员提供一套全面的理论框架与实践指导。 第一部分：微观尺度的精准构筑与性能起源 本部分深入探讨了构成先进材料的原子、分子及晶格层面的基础物理与化学原理，着重强调如何通过控制这些微观结构来实现特定功能的初始激发。 第一章：晶格缺陷工程与电子能带调控 本章详细阐述了半导体材料中点缺陷、线缺陷和平面缺陷的产生机制及其对材料导电性、光吸收和载流子寿命的影响。重点讨论了掺杂技术、辐照损伤及热退火工艺在调控本征能带结构中的关键作用。内容涵盖了施主能级、受主能级的设计，以及缺陷辅助的载流子传输机制，例如缺陷导致的局域化效应和界面态的形成。特别针对新型宽禁带半导体材料（如氮化物和氧化物），分析了高浓度缺陷对击穿场强和载流子迁移率的复杂耦合效应。 第二章：纳米颗粒与量子限域效应 本章聚焦于尺寸效应，探讨当材料尺寸进入纳米尺度时，量子力学效应如何主导材料性质。我们详细分析了量子点（Quantum Dots）、纳米线（Nanowires）和二维纳米片（2D Nanosheets）的合成方法，包括化学气相沉积（CVD）、溶剂热法（Solvothermal）和自下而上组装技术。重点阐述了尺寸量子限制对电子能级、激子束缚能和表面等离子体共振（SPR）特性的影响。通过案例研究，展示了如何利用这些效应设计出具有特定吸收光谱和发射特性的纳米材料，例如在生物成像和催化剂载体中的应用。 第三章：高熵合金与无序结构的热力学基础 本章将目光投向复杂多组分材料体系，特别是高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）。我们从统计热力学角度出发，解释了高浓度无序结构如何降低混合焓，从而稳定单相结构，并产生独特的机械性能和耐腐蚀性。内容覆盖了HEA的计算设计原理（如沸点比、价电子浓度等参数），以及其在极端温度和高应力环境下的微观弛豫机制，包括位错-原子团簇的相互作用。 第二部分：界面与异质结构：功能集成的桥梁 材料的功能性往往不在于单一体，而在于不同材料的有序集成。本部分深入研究了不同相界面处的物理化学过程，以及如何通过界面工程优化性能。 第四章：晶界工程与电荷转移界面 本章系统分析了晶界在材料性能中的双重角色——既是杂质的聚集地，也是电荷传输的潜在通道。我们详细讨论了利用晶界工程来抑制晶界处的电荷复合或促进特定物种的快速传输，例如在光电转换器件中的应用。内容包括利用高角度晶界和低角度晶界的设计来调控电荷分离效率，以及通过原位电子显微技术观测界面电荷转移过程的实验方法。 第五章：异质结的构建与能带匹配理论 异质结是实现多功能集成的核心手段。本章深入讲解了I型、II型和III型异质结的能带结构匹配模型，以及如何通过精确控制界面能垒来指导载流子注入和分离。重点分析了在薄膜太阳能电池和热电材料中，通过垂直或水平异质结构设计来延长载流子寿命和增强温差电效应的策略。同时，探讨了界面应力与弛豫对异质结长期稳定性的影响。 第六章：多孔结构与比表面积的宏观体现 本章转向探讨材料的孔隙结构，重点在于如何将微观尺度的孔隙（介孔、微孔）转化为宏观应用中的巨大比表面积和渗透性。内容涵盖了合成具有高度有序孔道结构的材料，如金属有机框架（MOFs）和沸石，以及如何利用刻蚀技术在块体材料中引入多级孔隙。讨论了这些结构在气体吸附、分离和高效催化反应中的关键优势，以及如何通过孔径分布控制来优化扩散动力学。 第三部分：宏观尺度下的结构优化与力学响应 本部分将视角提升至工程应用层面，探讨如何将材料的微观特性通过宏观结构设计转化为可靠、高效的工程系统。 第七章：分层结构与梯度材料的力学设计 本章重点阐述了仿生学启发的层次化结构（如珍珠母、骨骼）在提高材料韧性和抗疲劳性方面的巨大潜力。详细分析了梯度材料（Functionally Graded Materials, FGMs）的设计原理，即材料的成分或微观结构连续变化以适应不同载荷区的需求。内容包括应力梯度对裂纹萌生和扩展的影响，以及利用增材制造技术实现复杂梯度分布的工艺控制。 第八章：拓扑优化与轻量化结构设计 本章引入先进的计算力学方法，特别是拓扑优化（Topology Optimization, TO）在结构设计中的应用。我们详细介绍了基于有限元分析（FEA）的密度法、水平集方法等，用于在给定载荷和边界条件下，寻找材料分布的最优解。重点讨论了如何将材料属性（如各向异性、损伤模型）融入优化目标函数，以实现结构强度、刚度和重量之间的最佳平衡，尤其是在航空航天和汽车工业中的轻量化应用。 第九章：智能材料与外部激励的响应机制 本章探讨了能够响应外部环境变化（如温度、电场、磁场、光照）的智能材料体系。详细分析了形状记忆合金（SMA）、压电/铁电材料以及磁致伸缩材料的工作机理。内容覆盖了从材料内部相变到宏观形变的全过程模拟，并介绍了如何设计反馈控制系统，利用这些材料实现主动减振、自修复和精确驱动等功能。 结语：材料与结构的未来融合 本书最后总结了微观尺度调控与宏观结构设计之间的协同效应，强调了计算模拟、高通量实验和先进制造技术在加速新一代高性能材料与结构开发中的核心驱动力。本书期望能够激发读者在材料的“本构”与系统的“构型”之间建立更深刻的联系，推动工程实践的创新。

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这本书给我的另一个深刻印象是它对未来趋势的预测。硅光子学不仅仅是现有技术的改进，更是面向未来的革命。作者详细阐述了硅光子学在高速数据通信、人工智能计算、医疗诊断乃至量子计算等领域的巨大潜力。我被书中描绘的未来场景深深吸引，想象着由硅光子技术驱动的超高速网络，能够瞬间传输海量信息；想象着能够进行更高效、更精确的疾病诊断；甚至想象着未来基于光计算的量子计算机能够解决目前为止无法攻克的难题。这种前瞻性的视角，让我对这项技术的发展充满了期待，也让我思考它将如何重塑我们的社会和生活。

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这本书的语言风格非常独特，它既有学术的严谨，又不失大众的亲和力。作者善于运用生动的比喻和形象的描述，将抽象的概念具象化，让读者更容易理解。我尤其喜欢他在描述光子行为时所使用的类比，仿佛我正亲眼目睹着光在硅芯片中穿梭、折射、衍射。这种诗意的描述，让冰冷的技术变得有温度，也让我对硅光子学产生了更深的感情。

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总而言之，这是一本极具价值的书籍。它不仅为我普及了硅光子学的核心知识，更激发了我对未来科技的无限遐想。我将这本书推荐给所有对科技前沿感兴趣的朋友，我相信，无论是专业的科研人员，还是对科技充满好奇的普通读者，都能从中获益匪浅。它让我看到了一个充满无限可能的未来，一个由光与硅共同编织的科技新纪元。

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我是一个对技术细节有一定了解的读者，因此，这本书中对于各种技术参数和物理原理的阐述，对我来说尤为重要。作者并没有回避复杂的数学公式和物理概念，而是巧妙地将它们融入到叙述中，并辅以图解和示例，使得即使是相对晦涩的知识，也能被我轻松理解。我特别关注了关于硅基光调制器的章节，它详细介绍了不同调制技术的优缺点以及它们在实际应用中的表现。书中对于硅材料在光子学中的独特优势的论述，也让我茅塞顿开，明白了为何硅会成为构建光子集成电路的核心材料。

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读这本书的过程中，我常常会停下来，思考作者提出的观点。这本书不仅仅是技术的科普，更包含着作者对于科研道路的思考和感悟。他分享了在硅光子学领域遇到的挑战，以及如何通过创新思维和不懈努力去克服它们。这种从实践中提炼出的经验，对于任何从事科研工作或者对科研感兴趣的读者来说，都是宝贵的财富。它让我明白，任何一项伟大的技术背后，都离不开日复一日的辛勤耕耘和对未知的好奇心。

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我特别欣赏这本书的编排方式。大量的插图、表格和图示，使得复杂的概念变得直观易懂。这些视觉化的辅助工具，不仅帮助我记忆和理解知识点，也让阅读过程更加轻松愉悦。例如，书中关于波导耦合效率的分析，就通过精美的示意图得到了很好的展示，我能够清晰地看到光如何在不同的波导之间传递。

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这本书的封面设计非常吸引人，以一种抽象而又充满科技感的方式展现了光与硅的结合。我是一个对新兴技术充满好奇心的读者，尤其对那些能够改变我们生活方式的领域格外关注。硅光子学这个名字本身就带着一种神秘感，它让我联想到微观世界的精密运作以及由此可能催生的颠覆性技术。在翻开这本书之前，我曾有过许多猜测，它究竟是关于一种全新的集成电路技术，还是关于如何利用光来加速计算，亦或是对未来通信方式的展望？拿到这本书后，我首先被其厚度所震撼，这预示着里面蕴含着丰富的信息和深入的探讨。我迫不及待地想知道，作者是如何将这样一个复杂而前沿的领域，以一种既专业又不失可读性的方式呈现给大众的。我期待这本书能够解答我心中关于硅光子学的一切疑问，并为我打开一扇通往未来科技世界的大门。

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对于任何想要了解人工智能、大数据、5G通信甚至更前沿的计算技术的人来说，这本书都是必读的。硅光子学是这些领域发展的关键驱动力之一。书中关于数据中心内部光互连的章节，让我理解了为何我们能够享受如此便捷的网络服务，也揭示了未来网络速度的提升将如何依赖于这项技术。它让我看到了科技进步的底层逻辑，也让我对信息时代的发展有了更宏观的认识。

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初读这本书，我立刻被其严谨的逻辑和清晰的结构所折服。作者仿佛是一位经验丰富的向导，带领我在硅光子学的世界中穿梭。我发现，这本书并非简单地罗列技术名词，而是从最基础的概念入手，循序渐进地讲解了硅光子学的原理、关键技术以及其在不同领域的应用。从光波导的设计到硅基激光器的制造，再到光电探测器的优化，每一个环节都被梳理得井井有条。我尤其欣赏作者对于历史进程的梳理，它让我了解了硅光子学是如何从实验室的萌芽一步步发展到今天的模样，其中包含了无数科研人员的智慧和汗水。这种历史的纵深感，让我对这项技术有了更深刻的理解，也更加敬佩那些为之奋斗的人们。

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这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本关于人类智慧和创新精神的赞歌。它展现了科学家们如何通过对基础科学的深入研究，以及对技术应用的不断探索，来解决现实世界中的问题，并引领社会进步。我被书中那些为硅光子学发展做出杰出贡献的科学家们的精神所鼓舞，他们对科学的热情和执着，是激励下一代科研工作者的宝贵力量。

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